CN112039588B - 一种用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，对于电触发换流阀，光纤通信架构主要由光发射板、换流阀侧分光器、晶闸管触发监测单元、换流阀控制保护侧分光器、光接收板以及相应光纤系统组成；对于光触发换流阀，光纤通信架构主要由光发射板、反向恢复期保护板、换流阀侧分光器、晶闸管电压监测板、反向恢复期保护单元、换流阀控制保护侧分光器、光接收板以及相应光纤系统组成。本发明还公开了一种基于上述光纤通信架构的通信方法。本发明可减少控制信号光纤数量，降低工程建设成本，提高换流阀控制保护系统可靠性以及设备安装调试及后期运行维护的方便性。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电换流阀技术领域，具体涉及一种用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构及方法。
背景技术
高压直流输电系统换流阀晶闸管有电触发和光触发两种，其主要特点在于对控制时效性要求非常高，而高压直流输电晶闸管的触发脉冲属于低压范畴，正常运行时阀厅内的电磁环境非常复杂，这些特点决定了换流阀控制保护系统与换流阀之间的联系不能直接采用电控制信号。光纤通信作为电力系统中一次设备与二次设备的桥梁，以其优良特性正在发挥着越来越大的作用。光纤通信实质上是传输方式的一种，就是通过光纤当作信息的载体，将光波当成信息。因为光纤采用的是玻璃材质进行传导的，主要材料是绝缘物质二氧化硅，通过特殊工艺被制作成全反射的透明晶体，这使得光纤通信系统对各类干扰有着独特的抵抗能力。
目前常规直流换流阀控制保护系统采用点对点光纤通信方式，光发射板与光接收板合二为一且为不冗余设计。现场实际运行经验表明，这种光纤通信方式日益暴露出一些问题：控制信息通道大幅增加导致光发射板、控制光纤数量相应大幅增加，增加工程建设成本的同时，在光器件物理尺寸一定的情况下也造成了系统繁杂，给设备的集成化和可靠性带来了瓶颈，造成了在设备安装调试及后期维护时的诸多不便，同时也不满足单一元件故障不会导致直流闭锁的要求。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构及控制方法，可减少控制信号光纤数量，降低工程建设成本，提高换流阀控制保护系统可靠性以及设备安装调试及后期运行维护的方便性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，用于电触发换流阀，所述的光纤通信架构包括：
光发射板，用于将换流阀控制保护系统的控制信息转换为光触发脉冲，通过光纤传输至换流阀侧分光器光信号输入口；
换流阀侧分光器，用于将接收到的光触发脉冲分发给晶闸管触发监测单元，同时将换流阀控制保护系统发出的光纤通道检测脉冲反馈给换流阀控制保护侧分光器；
晶闸管触发监测单元，用于接收换流阀侧分光器下发的光触发脉冲并进行解码，并根据监测到的晶闸管状态信息，发出触发脉冲给晶闸管，同时还将晶闸管的状态信息编码发送至换流阀控制保护侧分光器；
换流阀控制保护侧分光器，用于接受换流阀侧分光器和晶闸管触发监测单元回报的监测信息，分发给光接收板；
光接收板用于将接收到的监测信息解码，并发给换流阀控制保护系统进行信息处理。
进一步地，所述的光发射板和光接收板均采用双冗余运行方式。
正常运行时双冗余光发射板的发光二极管同时发送光信号，其中一块光发射板故障后并可在线更换，同时满足晶闸管触发监测单元对光功率的要求，达到单一元件故障不会出现的直流闭锁事件。
正常运行时双冗余光接收板同时接收通过换流阀控制保护设备侧分光器发来的同一路监测回报信息，实现光接收板双冗余运行方式，并可在线更换，满足单一元件故障不会出现的直流闭锁事件的要求。
进一步地，所述的换流阀侧分光器采用三进十六出的方式，其中，三进光通道接口分别对应双冗余光发射板和一根备用光纤，备用光纤另一端与换流阀控制保护系统连接，十六出光通道分别对应13个晶闸管触发监测单元、1个备用控制信息通道、换流阀控制保护侧分光器以及1个备用监测信息通道。
同时，本发明还提供一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信方法，用于电触发换流阀，基于上述的光纤通信架构实现，包括如下步骤：
换流阀正常运行过程中，换流阀控制保护系统收到极控系统的控制信息后，双冗余光发射板同时将控制信息转化为光触发脉冲，发送至换流阀侧分光器，另外，换流阀控制保护系统每3个周期(20ms为一个周期)发送一个光纤通道检测脉冲至换流阀侧分光器；
换流阀侧分光器将两路光触发脉冲和一路光纤通道检测脉冲分别复用，光触发脉冲复用后分成14路分别输出至13个晶闸管触发监测单元和备用控制信息通道，光纤通道检测脉冲复用后分成两路分别输出至换流阀控制保护侧分光器和备用监测信息通道；
晶闸管触发监测单元收到光触发脉冲并进行解码，同时根据其监测到的晶闸管状态信息，发出触发脉冲给晶闸管，同时将晶闸管的状态信息编码发送至换流阀控制保护侧分光器；
换流阀控制保护侧分光器将换流阀侧分光器和晶闸管触发监测单元回报的监测信息复用，分发给双冗余光接收板；
换流阀控制保护系统如果检测到换流阀晶闸管处于反向恢复期后，双冗余光发射板则再次发出光触发脉冲，通过换流阀侧发光器传送给晶闸管触发监测单元，晶闸管触发监测单元根据监测到的晶闸管状态信息，决定是否再次触发晶闸管；
换流阀控制保护系统如果没有检测到光纤通道检测脉冲信号，则判断换流阀触发通道故障。
进一步的，换流阀控制保护设备发送的控制信息、各监测信息均采用分时复用的传输方式，并通过脉冲宽度的不同进行区别。
同时，本发明还提供一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，用于光触发换流阀，所述的光纤通信架构包括：
光发射板，用于将换流阀控制保护系统的控制信息转换为光触发脉冲，通过光纤传输至换流阀侧分光器光信号输入口；
反向恢复期保护板，用于将晶闸管反向恢复期信息以光脉冲形式发送给反向恢复期保护单元，给反向恢复期保护单元提供使能信号；
换流阀侧分光器，用于将接收到的光触发脉冲分发给晶闸管，同时将换流阀控制保护系统发出的光纤通道检测脉冲反馈给换流阀控制保护侧分光器；
晶闸管电压监测板，用于监测晶闸管的状态信息，并将状态信息经换流阀控制保护侧分光器反馈给光接收板；
反向恢复期保护单元，用于接收反向恢复期保护板的使能信息，监测晶闸管的电压变化率，同时将光触发脉冲发给换流阀侧分光器；
换流阀控制保护侧分光器，用于接受换流阀侧分光器和晶闸管电压监测板回报的监测信息，分发给光接收板；
光接收板用于将接收到的监测信息解码，并发给换流阀控制保护系统进行信息处理。
进一步地，所述的光发射板和光接收板均采用双冗余运行方式。
正常运行时双冗余光发射板的发光二极管同时发送光信号，其中一块光发射板故障后并可在线更换，同时满足晶闸管触发监测单元对光功率的要求，达到单一元件故障不会出现的直流闭锁事件。
正常运行时双冗余光接收板同时接收通过换流阀控制保护设备侧分光器发来的同一路监测回报信息，实现光接收板双冗余运行方式，并可在线更换，满足单一元件故障不会出现的直流闭锁事件的要求。
进一步地，所述的换流阀侧分光器采用五进十六出的方式，其中，五进光通道接口分别对应双冗余光发射板、本阀组反向恢复期保护单元、相邻阀组反向恢复期保护单元和一根备用控制光纤，备用光纤另一端与换流阀控制保护系统连接，十六出光通道分别对应13个晶闸管、1个备用控制信息通道、换流阀控制保护侧分光器及1个备用监测信息通道。
同时，本发明还提供一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信方法，用于光触发换流阀，基于上述的光纤通信架构实现，包括如下步骤：
换流阀正常运行过程中，晶闸管电压监测板将晶闸管的状态信息通过光纤及换流阀控制保护侧分光器，复用给两块光接收板，光接收板解码后反馈至换流阀控制保护系统；
换流阀控制保护系统收到极控系统的控制信息，同时收到晶闸管的正压状态信息，光双冗余光发射板同时将控制信息转化为光触发脉冲，发送至换流阀侧分光器，并通过换流阀侧分光器输出13路光触发脉冲，分别触发13个晶闸管；
换流阀控制保护系统收到晶闸管的负压状态信息，当晶闸管进入反向恢复期后，反向恢复期保护板发出反向恢复期释放信号，通过光纤传输至反向恢复期保护单元，一旦反向恢复期保护单元监测到晶闸管两侧的电压变化率满足要求，立刻发出触发脉冲至对应以及相邻阀组换流阀侧分光器，触发晶闸管；
换流阀控制保护设备每3个周期(20ms为一个周期)发送一个光纤通道检测脉冲至换流阀侧分光器，并通过光纤和换流阀控制保护侧分光器反馈至光发射板，如果换流阀控制保护系统没有监测到该信号，则判断换流阀触发通道故障。
进一步的，换流阀控制保护设备发送的控制信息、各监测信息均采用分时复用的传输方式，并通过脉冲宽度的不同进行区别。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在换流阀光纤通信系统中，触发光纤回路采用分光器方式，大幅减少了换流阀控制保护设备与换流阀之间的光纤数量，解决了因为光纤系统繁杂导致的运行维护不便，实现了触发光纤回路冗余，提高了换流阀运行可靠性。
监测回报信息采用分时复用传输方式，实现了触发和回检通道、晶闸管的状态监测，减少了设备间的连接光纤数量。
光发射板和光接收板采用双冗余方式，满足了单一元件故障不会导致直流闭锁的要求，实现了在不影响设备正常运行情况下在线更换光发射板和光接收板，提高了换流阀控制保护设备运行可靠性。
附图说明
图1为实施例一的常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，适用于电触发换流阀。
图2为实施例一的直流换流阀侧分光器，采用三进十六出的方式。
图3为实施例一的常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，适用于光触发换流阀。
图4为实施例一的直流换流阀侧分光器，采用五进十六出的方式。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
如图1所示，一种用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，用于电触发换流阀，包括触发光纤通信系统和回检光纤通信系统两部分，其中触发光纤通信系统主要由光发射板、换流阀侧分光器、晶闸管触发监测单元以及相应光纤系统组成，回检光纤通信系统主要由晶闸管触发监测单元、换流阀侧分光器、换流阀控制保护侧分光器、光接收板以及相应光纤系统组成。
在本实施例中，光发射板采用双冗余运行方式，正常运行时双冗余光发射板的发光二极管同时发送光信号，其中一块光发射板故障后并可在线更换，同时满足晶闸管触发监测单元对光功率的要求，达到单一元件故障不会出现的直流闭锁事件。
在本实施例中，两块光接收板同时接收通过换流阀控制保护侧分光器发来的同一路监测回报信息，实现光接收板双冗余运行方式，并可在线更换，满足单一元件故障不会出现的直流闭锁事件的要求。
在本实施例中，如图2所示，换流阀侧分光器采用三进十六出的方式，其中，三进光通道接口分别对应双冗余光发射板和一根备用光纤，备用光纤另一端与换流阀控制保护系统连接，十六出光通道分别对应13个晶闸管触发监测单元、1个备用控制信息通道、换流阀控制保护侧分光器以及1个备用监测信息通道。
在本实施例中，换流阀控制保护侧分光器采用了2个一进二出分光器，换流阀侧分光器和晶闸管触发监测单元分别与其中1个换流阀控制保护侧分光器连接，2个换流阀控制保护侧分光器同时与双冗余光接收板连接。
在本实例中，换流阀控制保护设备发送的控制信息、各监测信息均采用分时复用的传输方式，并通过不同脉冲宽度进行区分。
换流阀正常运行过程中，换流阀控制保护系统收到极控系统的控制信息后，通过CPU板传输至光发射板，双冗余光发射板同时将控制信息转化为光触发脉冲，发送至换流阀侧分光器，另外，换流阀控制保护系统每3个周期(20ms为一个周期)发送一个光纤通道检测脉冲至换流阀侧分光器；换流阀侧分光器将两路光触发脉冲和一路光纤通道检测脉冲分别复用，光触发脉冲复用后分成14路分别输出至13个晶闸管触发监测单元和备用控制信息通道，光纤通道检测脉冲复用后分成两路分别输出至换流阀控制保护侧分光器和备用监测信息通道；晶闸管触发监测单元收到光触发脉冲并进行解码，同时根据其监测到的晶闸管状态信息，发出触发脉冲给晶闸管，同时将晶闸管的状态信息编码发送至换流阀控制保护侧分光器；换流阀控制保护侧分光器将换流阀侧分光器和晶闸管触发监测单元回报的监测信息复用，分发给双冗余光接收板；光接收板解码后反馈至换流阀控制保护系统CPU板；换流阀控制保护系统如果检测到换流阀晶闸管处于反向恢复期后，双冗余光发射板则再次发出光触发脉冲，通过换流阀侧分光器传送给晶闸管触发监测单元，晶闸管触发监测单元根据监测到的晶闸管状态信息，决定是否再次触发晶闸管；换流阀控制保护系统如果没有检测到光纤通道检测脉冲信号，则判断换流阀触发通道故障。
实施例二
如图3所示，一种用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信架构，用于电触发换流阀，包括触发光纤通信系统和回检光纤通信系统两部分，其中，触发光纤通信系统主要由光发射板、反向恢复期保护板、换流阀侧分光器、晶闸管电压监测板、反向恢复期保护单元以及相应光纤系统组成；回检光纤通信系统主要由晶闸管电压监测板、换流阀侧分光器、换流阀控制保护系统侧分光器、光接收板以及相应光纤系统组成。
在本实施例中，光发射板采用双冗余运行方式，正常运行时双冗余光发射板的发光二极管同时发送光信号，其中一块光发射板故障后并可在线更换，同时满足晶闸管触发监测单元对光功率的要求，达到单一元件故障不会出现的直流闭锁事件。
在本实施例中，两块光接收板同时接收通过换流阀控制保护侧分光器发来的同一路监测回报信息，实现光接收板双冗余运行方式，并可在线更换，满足单一元件故障不会出现的直流闭锁事件的要求。
在本实施例中，如图4所示，换流阀侧分光器采用双冗余运行方式，并采用五进十六出的方式，其中，五进光通道接口分别对应双冗余光发射板、本阀组反向恢复期保护单元、相邻阀组反向恢复期保护单元和一根备用控制光纤，备用光纤另一端与换流阀控制保护系统连接；十六出光通道分别对应13个晶闸管、1个备用控制信息通道、换流阀控制保护侧分光器及1个备用监测信息通道。
在本实施例中，换流阀控制保护侧分光器由28个一进二出的分光器构成，28个光通道进口分别对应26个晶闸管电压监测板、2个换流阀侧分光器，各分光器的光通道出口分别对应双冗余光接收板。
在本实例中，换流阀控制保护设备发送的控制信息、各监测信息均采用分时复用的传输方式，并通过不同脉冲宽度进行区分。
换流阀正常运行过程中，晶闸管电压监测板将晶闸管的正压信号、负压信号以及高压信号等晶闸管状态信息，通过回检光纤及换流阀控制保护侧分光器，复用给两块光接收板，光接收板解码后反馈至换流阀控制保系统CPU板；换流阀控制保护系统收到极控系统的控制信息，同时收到晶闸管的正压状态信息，光发射板1和2同时将控制信息转化为光触发脉冲，发送至换流阀侧分光器，并通过换流阀侧分光器输出13路光触发脉冲，分别触发13个晶闸管；换流阀控制保护系统收到晶闸管的负压状态信息，当晶闸管进入反向恢复期后，反向恢复期保护板发出反向恢复期释放信号，通过光纤传输至反向恢复期保护单元，一旦反向恢复期保护单元监测到晶闸管两侧的电压变化率满足要求，立刻发出触发脉冲至对应以及相邻阀模块换流阀侧分光器，触发晶闸管；换流阀控制保护系统每3个周期(20ms为一个周期)发送一个光纤通道检测脉冲至换流阀侧分光器，并最后通过其回检光纤和换流阀控制保护侧分光器反馈至光发射板，如果换流阀控制保护系统没有监测到该信号，则判断换流阀触发通道故障。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或组合，都应涵盖在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信方法，基于用于电触发换流阀的光纤通信架构实现，其特征在于：所述光纤通信架构包括：
光发射板，用于将换流阀控制保护系统的控制信息转换为光触发脉冲，通过光纤传输至换流阀侧分光器光信号输入口；
换流阀侧分光器，用于将接收到的光触发脉冲分发给晶闸管触发监测单元，同时将换流阀控制保护系统发出的光纤通道检测脉冲反馈给换流阀控制保护侧分光器；
晶闸管触发监测单元，用于接收换流阀侧分光器下发的光触发脉冲并进行解码，并根据监测到的晶闸管状态信息，发出触发脉冲给晶闸管，同时还将晶闸管的状态信息编码发送至换流阀控制保护侧分光器；
换流阀控制保护侧分光器，用于接受换流阀侧分光器和晶闸管触发监测单元回报的监测信息，分发给光接收板；
光接收板用于将接收到的监测信息解码，并发给换流阀控制保护系统进行信息处理；
其中，光发射板和光接收板均采用双冗余运行方式；换流阀侧分光器采用三进十六出的方式，三进光通道接口分别对应双冗余光发射板和一根备用光纤，备用光纤另一端与换流阀控制保护系统连接，十六出光通道分别对应13个晶闸管触发监测单元、1个备用控制信息通道、换流阀控制保护侧分光器以及1个备用监测信息通道；
所述光纤通信方法包括如下步骤：
换流阀正常运行过程中，换流阀控制保护系统收到极控系统的控制信息后，双冗余光发射板同时将控制信息转化为光触发脉冲，发送至换流阀侧分光器，另外，换流阀控制保护系统每3个周期发送一个光纤通道检测脉冲至换流阀侧分光器；
换流阀侧分光器将两路光触发脉冲和一路光纤通道检测脉冲分别复用，光触发脉冲复用后分成14路分别输出至13个晶闸管触发监测单元和备用控制信息通道，光纤通道检测脉冲复用后分成两路分别输出至换流阀控制保护侧分光器和备用监测信息通道；
晶闸管触发监测单元收到光触发脉冲并进行解码，同时根据其监测到的晶闸管状态信息，发出触发脉冲给晶闸管，同时将晶闸管的状态信息编码发送至换流阀控制保护侧分光器；
换流阀控制保护侧分光器将换流阀侧分光器和晶闸管触发监测单元回报的监测信息复用，分发给双冗余光接收板；
换流阀控制保护系统如果检测到换流阀晶闸管处于反向恢复期后，双冗余光发射板则再次发出光触发脉冲，通过换流阀侧发光器传送给晶闸管触发监测单元，晶闸管触发监测单元根据监测到的晶闸管状态信息，决定是否再次触发晶闸管；
换流阀控制保护系统如果没有检测到光纤通道检测脉冲信号，则判断换流阀触发通道故障。
2.如权利要求1所述的光纤通信方法，其特征在于：换流阀控制保护系统发送的控制信息、各监测信息均采用分时复用的传输方式，并通过脉冲宽度的不同进行区别。
3.一种适用于常规直流换流阀控制保护系统的光纤通信方法，基于用于光触发换流阀的光纤通信架构实现，其特征在于：所述光纤通信架构包括：
光发射板，用于将换流阀控制保护系统的控制信息转换为光触发脉冲，通过光纤传输至换流阀侧分光器光信号输入口；
反向恢复期保护板，用于将晶闸管反向恢复期信息以光脉冲形式发送给反向恢复期保护单元，给反向恢复期保护单元提供使能信号；
换流阀侧分光器，用于将接收到的光触发脉冲分发给晶闸管，同时将换流阀控制保护系统发出的光纤通道检测脉冲反馈给换流阀控制保护侧分光器；
晶闸管电压监测板，用于监测晶闸管的状态信息，并将状态信息经换流阀控制保护侧分光器反馈给光接收板；
反向恢复期保护单元，用于接收反向恢复期保护板的使能信息，监测晶闸管的电压变化率，同时将光触发脉冲发给换流阀侧分光器；
换流阀控制保护侧分光器，用于接受换流阀侧分光器和晶闸管电压监测板回报的监测信息，分发给光接收板；
光接收板用于将接收到的监测信息解码，并发给换流阀控制保护系统进行信息处理；
其中，光发射板和光接收板均采用双冗余运行方式；换流阀侧分光器采用五进十六出的方式，五进光通道接口分别对应双冗余光发射板、本阀组反向恢复期保护单元、相邻阀组反向恢复期保护单元和一根备用控制光纤，备用光纤另一端与换流阀控制保护系统连接，十六出光通道分别对应13个晶闸管、1个备用控制信息通道、换流阀控制保护侧分光器及1个备用监测信息通道；
所述光纤通信方法包括如下步骤：
换流阀正常运行过程中，晶闸管电压监测板将晶闸管的状态信息通过光纤及换流阀控制保护侧分光器，复用给两块光接收板，光接收板解码后反馈至换流阀控制保护系统；
换流阀控制保护系统收到极控系统的控制信息，同时收到晶闸管的正压状态信息，光双冗余光发射板同时将控制信息转化为光触发脉冲，发送至换流阀侧分光器，并通过换流阀侧分光器输出13路光触发脉冲，分别触发13个晶闸管；
换流阀控制保护系统收到晶闸管的负压状态信息，当晶闸管进入反向恢复期后，反向恢复期保护板发出反向恢复期释放信号，通过光纤传输至反向恢复期保护单元，一旦反向恢复期保护单元监测到晶闸管两侧的电压变化率满足要求，立刻发出触发脉冲至对应以及相邻阀组换流阀侧分光器，触发晶闸管；
换流阀控制保护设备每3个周期发送一个光纤通道检测脉冲至换流阀侧分光器，并通过光纤和换流阀控制保护侧分光器反馈至光发射板，如果换流阀控制保护系统没有监测到该信号，则判断换流阀触发通道故障。
4.如权利要求3所述的光纤通信方法，其特征在于：换流阀控制保护系统发送的控制信息、各监测信息均采用分时复用的传输方式，并通过脉冲宽度的不同进行区别。
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